Деформация, разрушение, механические свойства металлов и сплавов

Изменение структуры  поликристаллического металла при  пластической деформации. Пластическая деформация поликристаллического металла протекает аналогично деформации монокристалла - путем сдвига (скольжения) пли двойникования. Формоизменение металла при обработке давленном происходит в результате пластической деформации каждого зерна. При этом следует иметь в виду, что зерна ориентированы не одинаково, п полому пластическая деформация по может протекать одновременно н одинаково во всем объеме поликристалла.

Первоначально под микроскопом на предварительно полированных и деформированных образцах можно наблюдать следы скольжения в виде прямых линий, эти линии одинаково ориентированы в пределах отдельных зерен.

При большой  деформации в результате процессов  скольжения зерна (кристаллиты) меняют свою форму. До деформации зерно имело округлую форму, после деформации в результате смещения по плоскостям скольжения зерна вытягиваются в направлении действующих сил, образуя волокнистую или слоистую структуру. Одновременно с изменением формы зерна внутри нею происходит дробление блоков.

3.2 Особенности разрушения металлов

Процесс деформации при достижении достаточно высоких  напряжений заканчивается разрушением. Процесс разрушения состоит из двух стадий -- зарождения трещины и ее распространения через все сечение образца (детали).

Разрушение  есть многостадийный процесс, в течение  которого меняется форма, размеры и  микроскопические механизмы роста  трещины. На микроскопическом уровне различают:

а) разрушение, когда развивающийся процесс  скольжения формирует плоскость  будущего излома; последующий процесс отрыва идет по поверхности раздела ( границ зерен) или по плоскостям спайности;

б) смешанные -- плоскости излома проходят и через  зерна и между ними.

На практике разрушение подразделяют на хрупкое, вязкое и усталостное.

Хрупкое разрушение происходит без макроскопической де формации или с очень малой деформацией, и начинаемся обычно на внешних рисках, подрезах или на уже имеющихся трещинах. Хрупкому разрушению способствуют следующие факторы:

конструктивная  форма: насечки, резьба, риски, резкое изменение сечения;

технологические: дефекты сварки, закалки, шлифования, высокие напряжения;

условия нагружения: низкие температуры, ударные нагрузки, многоосное напряженное состояние;

структура материала: крупные зерна, фазы выделения на границах зерен, старение, неблагоприятные примеси и включения;

внешние условия: коррозионная среда -- коррозионное растрескивание.

Вязкое разрушение сопровождается значительной пластической деформацией и является результатом  медленного разрастания достаточно длинных трещин. Разрушение происходит путем образования пор и путем медленного роста ступенчатой трещины при образовании полостей и ямок перед се вершиной.

Вязкое разрушение обусловлено малой скоростью  распространения трещины. Скорость распространения хрупкой трещины весьма велика -- она близка к скорости звука, поэтому нередко хрупкое разрушение называют «внезапным» или «катастрофическим» разрушением.

С точки зрения микроструктуры существуют два вида разрушения -- транскристаллитное и интеркристаллитное. При транскристаллитном разрушении трещина распространяется по телу зерна, а при интеркристаллитном она проходит по границам зерна.

По внешнему виду излома (визуальное наблюдение) можно  судить о характере разрушения. Волокнистый (матовый) излом свидетельствует  о вязком разрушении, кристаллический (светлый) излом является результатом хрупкого разрушения.

Изучение тонкой структуры излома с помощью электронного микроскопа (микрофракгография) позволяет  более уверенно судить о вязком или  хрупком характере разрушения. Вязкое разрушение характеризуется «чашечным» микростроением излома. При этом виде разрушения происходит образование внутренних микрообластей («чашек») с последующим удлинением этих локальных очагов разрушения и разрывом перемычек, разделяющих их.

Хрупкое разрушение характеризуется «ручьистым» поверхности излома. Хрупкая трещина распространяется по нескольким параллельным плоскостям. Ступени при разрушении сливаются, образуя ручьистый узор.

Вязкий чашечный и хрупкий ручьистый изломы относятся  к транскристаллитному разрушению.

Многие металлы ( Fe, W, Zn и др), в зависимости от температуры могут разрушаться  как вязко, так и хрупко. Понижение  температуры обусловливает переход  от вязкого к хрупкому разрушению. Это явление получило название хладноломкость.

1-«чашечный» излом, 2- «ручьистая» поверхность излома

Усталостные разрушения возникают при циклическом нагружении, приводящем к необратимому накоплению повреждений, являющихся очагами будущего разрушения. Накопление повреждений  происходит в три стадии: 1) упрочнение (возникновение, движение и скопление дислокаций), 2) образование трещин (при незначительном движении дислокаций на поверхности возникают экструзии -- маленькие и интрузии -- маленькие впадины (канавки), приводящие к образованию зародышевых трещин); 3) рост зародышевых трещин.[5]

3.3 Деформация металлов и их износ

В процессе эксплуатации все элементы изнашиваются, повреждаются и постепенно теряют свои прочностные  характеристики.

Износ -- изменение  размеров, формы, массы или состояния  поверхности изделия или инструмента вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя металла при трении. Износ приводит к снижению функциональных качеств и к потере их потребительской ценности.

Различают три  группы изнашивания:

- механическое,

- молекулярно-механическое

- коррозионно-механическое.

Механическое изнашивание возникает в результате воздействия твердых частиц на трущиеся поверхности.

Молекулярно-механическое изнашивание получается в результате одновременного механического воздействия и воздействия молекулярных или атомных сил (схватывание с последующим разрушением металла в местах схватывания).

Коррозионно-механическое изнашивание есть изнашивание при трении металла, вступившего в химическое взаимодействие со средой. Характеризуется образованием пленок окислов, химических соединений и последующим разрушением этих образований, т. е. происходит в результате окислительного изнашивания.

Трение - является основной причиной изнашивания. Принято различать трение покоя двух тел при предварительном смещении, трение движения двух тел, находящихся в относительном движении, трение скольжения, качения.

Трение скольжения обусловлено тем, что скорости соприкасающихся  металлов в точках касания различны. При трении скольжения одна и та же зона одного металла соприкасается с различными зонами другого.

Трение качения  характеризуется условиями, когда  скорости соприкасающихся деталей  металла в точках касания одинаковы  по величине и направлению.

Для трения скольжения характерно истирание деталей металла, а для трения качения -- смятие и выкрашивание.

Изнашивание деталей, образующих неподвижные сопряжения, зависит от значения силы трения покоя. Для подвижных сопряжений изнашивание  деталей металла будет зависеть от характера относительного перемещения трущихся поверхностей и от характера их смазывания.

Изнашивание зависит  от металла и качества трущихся поверхностей, от характера и скорости их взаимного  перемещения, от характера контакта, вида и значения нагрузки, вида трения и многих других факторов. Увеличению износостойкости изделий способствуют применение материалов или металлов с высокой износостойкостью.[7]

Выводы

Рассмотрев  деформацию и разрушение материалов и металлов, хочу сказать, что эта  тема является очень актуальной на сегодняшний день. Все сооружения, конструкции сделаны из различных по свойству, по качеству материалов. Нужно постоянно изучать их, делать выводы, устранять какие-то ошибки, качественней проводить эксперименты для того, чтоб эти сооружения, предметы могли соответствующе функционировать и даже улучшать их качество, чтоб они меньше подвергались деформации. Ведь нельзя представить хоть что-то без металлов. Ученые постоянно следят за металлами, открывают новые.

Металлы и материалы - очень важны в нашей жизни.

Я б хотел, чтоб производители каких-либо материалов заботились не только о своей прибыли, но и о качестве, чтобы производили такие материалы, которые б имели улучшенные прочностные характеристики, для того, чтоб материал не так сильно подвергался деформации, а тем более разрушению. Но, к сожалению, многие производители не заботятся о качестве, поэтому при неправильном изготовлении и использовании материалов проявляются небольшие деформации, которые после превращаются в разрушение.

Литература

1. www.Wikipedia.ru

2. www.MYsopromat.ru

3. www.Mehanica.ru

4.  В. В. Бирюкова, Н. В. Шевченко, А. И. Чумаков. - Товароведение непродовольственных товаров учеб. пособие, 2010г – 64 с.